Kada se ćelije u ljudskom telu podele, one prvo moraju da naprave tačne kopije svoje DNK. Vežba replikacije DNK je jedan od najvažnijih procesa u svim živim organizmima i prepuna je rizika od mutacija, koje mogu dovesti do smrti ćelije ili raka.
Sada, u značajnom nalazu, biolozi sa Medicinskog fakulteta Perelman na Univerzitetu u Pensilvaniji i sa Univerziteta u Lidsu identifikovali su „mašinu“ sa više proteina u ćelijama koja pomaže u upravljanju pauziranjem ili zaustavljanjem replikacije DNK kako bi se osiguralo njeno glatko napredak.
Otkriće, objavljeno u Cell, unapređuje razumevanje replikacije DNK, pomaže u objašnjenju zbunjujućeg skupa genetskih bolesti i moglo bi da informiše razvoj budućih tretmana neuroloških i razvojnih poremećaja.
„Pronašli smo ono što se čini kao kritičan mehanizam kontrole kvaliteta u ćelijama“, rekao je stariji ko-korespondent dr Rodžer Grinberg, dr, dr J. Samuel Staub, profesor na odseku za biologiju raka, direktor iz Penn centra za integritet genoma, i direktor osnovnih nauka u Basser centru za BRCA u Penn Medicine.
„Trilioni ćelija u našem telu se dele svakog dana, a to zahteva tačnu replikaciju naših genoma. Naš rad opisuje novi mehanizam koji reguliše stabilnost proteina u replikaciji DNK. Sada znamo nešto više o važnom koraku u ovom složenom biološkom procesu.“
Proces replikacije DNK sprovodi više proteinskih kompleksa sa visoko specijalizovanim funkcijama, uključujući odmotavanje DNK i kopiranje dva odmotana lanca DNK. Proces je sličan fabričkoj montažnoj liniji gde se kuglice sastavljene od masivnih, zgužvanih nizova podataka raspliću, omogućavajući da se određeni delovi iseku i kopiraju. Biolozi znaju dosta o tome kako ovaj proces počinje i kako se nastavlja, ali manje znaju o tome kako se zaustavlja ili pauzira.
Prethodne studije su identifikovale proteine koji zaustavljaju replikaciju duž jednog lanca DNK — „vodećeg lanca“ — izazivanjem rastavljanja i recikliranja komponenti za replikaciju DNK na tom lancu. Kako je replikacija zaustavljena na drugom lancu – „zaostalom lancu“ – bila je misterija.
U studiji, istraživači su koristili krio-elektronsku mikroskopiju, analize mutacija zasnovane na CRISPR-u i druge napredne tehnike da identifikuju kompleks proteina koji ima centralnu ulogu zaustavljanja replikacije za zaostali lanac.
Oni su pokazali da se ova mašina sa četiri proteina, koju nazivaju 55LCC, vezuje za DNK i njen povezani kompleks za replikaciju. Pokreću ga dva motorna enzima nazvana ATPaze, čini se da 55LCC razvija čvrsto savijeni replikacioni kompleks, omogućavajući mu da bude isečen enzimima koji seku proteine i ukloni.
Eksperimenti su sugerisali da je ova funkcija zaustavljanja ili pauze 55LCC ključna za nesmetano napredovanje replikacije DNK. Kada je 55LCC odsutan, otkrili su istraživači, replikacija će se verovatno zaglaviti i zahvaćene ćelije prestaju da se dele.
„Na kraju vidimo ogromne promene u stabilnosti genoma u ovim ćelijama, jer njihovi hromozomi ne uspevaju da se pravilno odvoje tokom ćelijske deobe“, rekao je Grinberg.
Istraživači sumnjaju da 55LCC može biti uključen u regulisanje ne samo procesa replikacije DNK povezanog sa deobom ćelija, već i kada lezije koje oštećuju DNK blokiraju replikaciju.
Poznato je da su nasledne mutacije u enzimima koji pomažu u stvaranju 55LCC povezane sa sindromima u detinjstvu koji uključuju gubitak sluha, kognitivna i pokretna oštećenja i epilepsiju. Naučnici su u svojim eksperimentima pokazali da ove mutacije koje izazivaju bolesti imaju tendenciju da smanje strukturnu stabilnost 55LCC ili utiču na njegove interakcije sa drugim proteinima.
„Nadajmo se da ovaj rad označava početak dubljeg razumevanja ovih teških neurorazvojnih sindroma“, rekao je Grinberg. „Na kraju, implikacije ovog nalaza mogle bi biti mnogo šire. To bi moglo dovesti do načina za ublažavanje kliničkih problema povezanih sa sindromima koji proističu iz disfunkcije 55LCC, koji uključuju epilepsiju, gubitak sluha, mentalnu retardaciju i insuficijenciju koštane srži.“
55LCC se takođe može pokazati kao opštiji alat za reciklažu proteina – još jedan proces koji je ključan za zdravlje ćelija. Grinberg i njegov tim nastavljaju da proučavaju kako 55LCC funkcioniše i kako je regulisan, uključujući razumevanje preciznog signala koji govori 55LCC da postane aktivan i počne da razvija kompleks replikacije DNK.
